본 발명의 목적은, 더 작은 벽 두께와 더 큰 길이를 가진 정적 혼합기가 사출 성형 프로세스에 의해 제조될 수 있도록, 상기 정적 혼합기 및 상기 방법을 향상시키는 것이다.It is an object of the present invention to improve the static mixer and the method so that a static mixer with a smaller wall thickness and a larger length can be produced by an injection molding process.
본 발명의 목적은, 발포제를 포함하는 중합체 용융물을 500바아(bar) 미만의 주입 압력 하에 주입점에서 통로로 주입하는 단계, 상기 발포제를 포함하는 상기 중합체 용융물을 상기 통로에 채우는 단계, 및 상기 발포제를 포함하는 상기 중합체 용융물을 상기 통로 내에서 적어도 부분적으로 발포시키는 단계를 포함하며, 벽 두께에 대한 흐름 경로의 비는 적어도 10에 달하는, 사출 성형 프로세스에 의해 정적 혼합기를 제조하는 방법에 의해 충족된다.
종래의 사출 성형 프로세스에서, 주입 중에 또는 주입 바로 뒤에 발포되는 발포제를 포함하는 중합체가 정적 혼합기의 제조에 사용되었다.
본 발명에 따른 사출 성형 방법은 특히, 발포제를 포함하는 중합체를 300바아(bar) 미만 특히 바람직하게는 200바아(bar) 미만의 주입 압력에서 사출 성형 툴에 주입하는 단계를 포함한다.
상기 방법은, 그 뒤에 정적 혼합기로부터 제거할 때까지 다음의 단계들, 즉, 발포제를 포함하는 적어도 부분적으로 발포된 중합체 용융물을 통로 내에서 냉각시키는 단계, 상기 정적 혼합기를 형성하기 위해 상기 중합체 용융물을 응고시키는 단계, 상기 통로의 단면을 확대시키는 단계, 및 상기 정적 혼합기를 제거하는 단계를 포함한다.
발포제를 포함하는 중합체의 주입은 바람직하게 단일 주입점으로부터 시작된다.
발포제를 포함하는 중합체는, 적어도 주입점으로부터 가장 먼 영역에서 발포된다. 제조되는 혼합기마다 필요한 중합체의 양은 발포 플라스틱에 의해 감소되는데, 그것은 발포 플라스틱이 기포를 포함하기 때문이다. 바람직하게, 이러한 기포는 100μm 이하, 바람직하게 50μm 이하, 특히 바람직하게 10μm 이하의 평균 직경을 가진다.
발포제를 포함하는 중합체 용융물로부터 정적 혼합기를 위한 설치 본체의 제조를 위한 사출 성형 툴은, 통로, 및 상기 발포제를 포함하는 상기 중합체 용융물을 상기 통로 내로 도입하기 위한 주입 개구를 포함하며, 상기 통로는, 상기 정적 혼합기를 위한 상기 설치 본체의 크기를 가지고, 상기 통로는, 적어도 10의 벽 두께에 대한 흐름 경로의 비를 가진다. 벽 두께에 대한 흐름 경로의 비는 특히 50보다 크고, 바람직하게 140보다 크며, 특히 바람직하게 180보다 클 수 있다. 상기 주입 개구의 영역에서의 주입 압력은 500바아(bar) 미만이다. 주입 압력은 바람직하게 300바아(bar) 미만, 특히 바람직하게 200바아(bar) 미만이다.
사출 성형 툴의 상기 통로는, 상기 컴포넌트의 길이방향 축에 실질적으로 대응하는 길이방향 축을 가지며, 상기 중합체 용융물의 흐름 방향에 대해 실질적으로 직각으로 배치된 단면 통로 영역을 가지고, 상기 단면 통로 표면은 폭 크기와 두께 크기를 가진다. 상기 두께 크기는, 상기 정적 혼합기의 벽 두께에 실질적으로 대응하며, 상기 통로는 상기 정적 혼합기의 기하학적 형상을 가진다.
상기 두께 크기는 2.5mm 이하, 바람직하게 2.3mm 이하, 특히 바람직하게 2mm 이하이다.
상기 통로는 정적 혼합기의 형상에 따라 주 통로 및 복수개의 측부 통로를 가질 수 있다.
제1 측부 통로는, 상기 측부 통로의 길이, 상기 폭 크기 및 상기 두께 크기에 의해 결정되는 플레이트 부재의 형상을 가진다. 상기 제1 측부 통로의 상기 플레이트 부재의 길이는 실질적으로 상기 통로의 상기 길이방향 축의 방향으로 연장된다. 상기 폭 크기와 상기 두께 크기에 걸친 상기 단면 통로 영역은 상기 길이에 대해 실질적으로 직각으로 배치되어 있다.
플레이트 부재의 형상을 가진 제2 측부 통로가 구비될 수 있으며, 두께 크기는 실질적으로 길이방향 축의 방향으로 연장되고, 길이방향 크기와 폭 크기에 걸친 평면은 길이방향 축에 대해 각도를 가지고 배치된다. 평면은 특히 90°의 각도로 배치될 수 있다.
플레이트 부재는 곡률을 포함할 수 있는데, 즉, 길이방향 크기 또는 폭 크기 중 하나는 만곡 형상을 포함한다.
사출 성형 툴의 바람직한 실시예에 따라, 혼합 노즐은 발포제를 포함하는 중합체 용융물의 균질화를 위해 통로로 향한 주입 개구의 상류에 배치될 수 있다.
본 발명의 목적은, 관형 혼합기 하우징 내에 설치하기 위한 설치 본체를 포함하는 정적 혼합기에 의해 충족되는데, 상기 설치 본체는 길이방향 및 직경을 가진다. 원형이 아닌 관형 혼합기 하우징에 대해, 관형 혼합기의 단면 영역이 정사각형일 때, 에지 길이에 대응한다. 혼합기 하우징의 다른 형상, 예를 들면 사각형 또는 타원형 단면에 대해, 등가 직경(Da)는, 단면 영역이 원형이라는 가정하에 공식 (Da)=2*(A/π)1/2을 사용하여 결정된다. Da는 등가 직경을 나타내며, A는 실제 단면적을 나타낸다. 직경에 대한 길이방향 크기의 비는 적어도 1이고, 원형 단면의 직경 또는 비원형 단면의 등가 직경이 직경으로서 사용되어야 한다. 설치 본체는 적어도 부분적으로 발포 플라스틱으로 이루어진다. 단일 설치 본체가 구비되면, 길이방향 크기는 설치 본체의 길이방향 측면에 대응한다. 복수개의 설치 본체가 서로의 뒤에 배치되면, 길이방향 크기는 길이방향 측면의 합으로 형성된다. 직경에 대한 길이방향 크기의 비는 특히 3보다 크고, 바람직하게 5보다 크며, 특히 바람직하게 7보다 클 수 있다. 큰 구조 길이의 정적 혼합기는 특히 상당히 낮은 내부 툴 압력으로 인해 경제적으로 제조될 수 있다. 더 낮은 내부 툴 압력은, 사용된 플라스틱이 발포제를 포함하는 중합체로서 존재한다는 사실에 기인한 것이며, 상기 중합체는, 적어도 부분적으로 발포 플라스틱으로 이루어지는 설치 본체가 사출 성형 프로세스의 종료 후에 존재하도록, 사출 성형 프로세스 동안에 형성된다. 벽 두께에 대한 흐름 경로의 비는, 정적 혼합기로서 사용되는 이러한 설치 본체에 대해 적어도 10이다. 벽 두께에 대한 흐름 경로의 비는 특히 50보다 크고, 바람직하게 140보다 크며, 특히 바람직하게 180보다 클 수 있다.
발포제를 포함하는 중합체는, 발포제가 없는 동등한 중합체보다 낮은 점성을 가지는데, 그것은 물리적 또는 화학적 발포제로서 존재할 수 있는 발포제에 의해 중합체의 점성이 감소될 수 있기 때문이다. 특히, 물리적 가스, 특히 CO2와 같은 초임계 가스 또는 화학적 발포제를 포함하며 1-상(one-phase) 용액으로서 존재하는 중합체 용융물이 사용될 수 있다. 발포된 플라스틱은 100μm 미만의 셀 사이즈를 가진 셀을 가질 수 있으며, 적어도 대략 106 셀/cm3보다 큰 셀 밀도가 제공될 수 있다. 발포된 플라스틱으로부터 정적 혼합기를 제조하기 위해, 유동성 재료가 압력 하에 사출 성형 툴 내로 도입된다. 사출 성형 툴은, 정적 혼합기의 형상을 가진 중공 공간을 형성한다. 발포된 중합체 내에 초임계 유체의 용액을 얻기 위해, 소정 혼합 시간이 필요하며, 혼합 시간이 짧을수록 정적 혼합기의 벽은 얇아진다.
정적 혼합기의 제조를 위해, 제1 프로세스 단계에서 압출기 내에서 플라스틱 펠렛이 용융된다. 다음에는, 예를 들면 초임계 가스 형태의 발포제, 특히 CO2가 첨가된다. 한편, 발포제는 적절한 관통 흐름 조절 밸브를 작동시킴으로써 가소화 스크루의 선택된 위치에 첨가될 수 있다. 발포제의 온도 및 압력은, 발포제가 초임계 상태로 변화되도록 조절된다. 발포제는 또한 더 높은 온도에서의 급작스런 압력 증가를 피하기 위해 도입 전에 예열될 수 있다. 또는, 발포제는 특히 초임계 유체로서 가소화 실린더 외부에서 첨가될 수 있다. 발포제는 그 후에, 가소화 스크루에 의해 가소화 실린더 내에서 중합체 용융물과 혼합된다. 이러한 혼합 프로세스는, 중합체 내에 발포제가 포화될 때까지 중합체 내로의 발포제의 확산을 증가시킨다. 2개의 재료의 접촉 영역은 혼합 프로세스에 의해 확대되고, 확산 프로세스에 필요한 관통 깊이는 그에 따라 감소된다. 따라서, 발포제는 가소화 스크루의 이동에 의해 용융 중합체와 혼합되고, 그것은 중합체 내에 발포제의 용액을 발생시키는 데에 기여한다. 가소화 스크루가 회전되는 한, 혼합될 발포제/중합체 시스템 내에 2차원 전단 필드(shear field)가 발생된다. 이러한 점에서, 발포제에 의해 형성되는 기포는 전단 방향으로 신장된다. 신장된 기포는 층류의 교란에 의해 붕괴되어 더 작은 구형 기포로 된다. 가소화 스크루는 바람직하게 불규칙하게 배열된 블레이드를 가져, 발포제/중합체의 계면의 방향은 흐름 라인의 관계가 변화되어, 층류 혼합물의 효율이 증가된다. 정적 혼합기가 사용될 수 있는 혼합 프로세스 동안에, 또한 각각의 기포를 둘러싸는 중합체 용융물 내에 기포의 확산이 발생된다. 그 후에 확산 챔버 내에서 2-상 혼합물로부터 1-상 용액으로의 변환이 일어난다. 1-상 용액에서, 발포제 농도는 실질적으로 균일하여, 용액은 균일한 것으로 간주될 수 있다.
확산 뒤에, 용액은 빠르게 가열되어, 포화 용액 내에 핵생성이 일어난다. 핵생성은, 최대 100μm의 평균 셀 사이즈를 가진 포말의 형성을 위한 기초를 나타내는 핵 형성으로서 이해된다. 열동력학적 불안정성은, 이러한 더 높은 온도에서 중합체 내의 발포제의 감소된 용해도로 인해 가열에 의해 발생된다. 온도가 증가함에 따라 용해도가 더욱 감소될수록, 핵생성 속도는 더 커지고 핵화된 셀의 수는 더 많아진다. 이들 셀이 가소화 실린더 내에 이미 성장하지 않도록, 고압이 유지된다. 다음에는 핵화된 셀을 가진 용액이 사출 성형 툴의 중공 몰드 공간 내로 동입된다. 예를 들면 압축 공기의 도입에 의해 사출 성형 툴 내의 압력이 제어된다. 사출 성형 툴 내의 셀의 성장은, 사출 성형 툴 내의 압력이 빠르게 하강할 때 압력 불안정성을 인해서만 발생된다. 발포제를 포함하는 중합체를 사용할 때의 흐름 저항은 따라서 감소된다. 이로 인해서만, 툴의 고장이 너무 빨리 일어나는 것(premature failure)이 더 이상 예상되지 않는 허용된 범위에 툴의 압력 부하가 놓이도록 내부 툴 압력을 낮추는 것이 가능하게 된다. 그러나, 여러 가지 이유로, 그러한 기다랗고 얇은 벽의 정적 혼합기의 제조를 위해 발포제를 포함하는 중합체를 사용하는 것이 현재까지 예견되어 왔다. 한편, 내부 툴 압력의 하강으로 인해 발생하는 주입 속도의 저하에 의해 복잡한 형상을 가진 그러한 얇은 벽의 혼합기가 생산될 수 있다는 것은 전혀 예상되지 않았다. 사출 성형 프로세스로부터 알려진 그러한 현상은 전문 분야에서 동결(freezing)이라고 지칭된다. 이러한 프로세스에서, 사출 성형 툴 내에 주입된 중합체 용융물의 응고는 벽에 가까운 사출 성형 툴의 영역에서 발생한다. 이러한 응고는 용융물과 벽 사이의 온도 구배에 의해 발생될 수 있지만, 중합체 용융물의 온도를 가진 툴 내에서도 마찬가지로 발생할 수 있는데, 그것은 중합체 용융물의 흐름 속도가 중간 영역에서보다 벽에 가까운 사출 성형 툴의 영역에서 더 낮기 때문이다. 사출 성형 툴을 통한 중합체 용융물의 흐름은 폐쇄된 통로를 통한 흐름에 대응된다. 그러한 흐름의 속도의 흐름 프로파일은 실질적으로 포물선형이다. 포물선의 대칭축은 실질적으로 통로의 중심 길이방향 축에 대응한다. 흐름 속도는 사출 성형 툴의 벽에서 0의 값을 가진다. 이러한 흐름 프로파일로 인해, 중합체는, 사출 성형 툴에 의해 형성되는 통로에서 여러 가지 다른 체류 시간을 가진다. 중합체 용융물의 체류 시간이 클수록 흐름 속도가 낮은 벽 영역이 발생되며, 그 결과, 냉각 작용 없이도 중합체 용융물 내에서 반응, 예를 들면 가교결합 반응이 일어날 수 있다. 따라서 벽 영역 내에서 중합체 용융물의 동결이 일어난다. 이 결과, 중합체 용융물의 관통 흐름을 위해 여전히 이용 가능한 통로 단면은 감소된다. 통로 단면의 이러한 감소는 3mm보다 큰 벽 두께를 가진 성분이 유입되지 않게 하는데, 그것은 동결이 벽에 가까운 통로의 작은 영역에 제한되어, 3mm보다 큰 벽 두께를 가진 성분을 제조하는데 대한 실질적 저항 없이 중합체 용융물이 사출 성형 툴을 통해 흐를 수 있기 때문이다.
각각의 단면 영역은 벽 두께를 가지는데, 벽 두께에 대한 길이방향 크기의 비는 적어도 40, 바람직하게 적어도 50, 특히 바람직하게는 적어도 75에 달한다. 단면 영역은 복수개의 벽 부재와 교차될 수 있어, 벽 두께는 단면 영역만 지정함으로써 명백하게 결정될 필요는 없다. 그러나, 실제 벽 두께는 사출 성형 툴의 디자인에 결정적이다. 이러한 벽 두께가 얇을수록, 사출 성형 툴 내로의 중합체 용융물의 주입에 대한 앞에서 설명한 벽 효과를 더욱 잘 알 수 있다. 따라서, 작은 벽 두께에 대해 비교적 더 높은 내부 툴 압력이 제공되어야 한다. 허용된 내부 툴 압력이 초과되지 않으면서, 정적 혼합기의 벽 두께는 3mm 미만, 바람직하게 2mm 미만, 특히 바람직하게 1.5mm 미만일 수 있다.
복수개의 설치 본체는 특히 길이방향 축을 따라 서로의 뒤에 배치될 수 있다. 이러한 설치 본체들은 동일한 구조를 갖거나, EP1312409B1에 도시된 것과 같은 혼합기 배열이 발생하도록 서로 다른 구조를 가진 설치 본체가 결합될 수 있다. 인접 설치 본체는 바람직하게 서로 연결되어, 이들 복수개의 설치 본체로 이루어지는 혼합기는 단일 부품으로서 이루어진다. 이것은, 혼합기 전체가 단일 사출 성형 툴에서 제조되는 것을 뜻한다.
설치 본체 또는 전체 설치 본체는 5 내지 500mm, 5 내지 300mm, 특히 바람직하게는 50 내지 100mm의 길이방향 크기를 가질 수 있다.
정적 혼합기는 바람직하게, 혼합 공간이 설치 본체의 양쪽에 걸칠 수 있도록 설치 본체가 설치 본체 내로 흐르는 유체의 방향으로 향하도록 디자인되며, 혼합 공간은 길이방향 축에 대해 직각인 평면에, 관형 혼합기 하우징의 단면 흐름 영역에 실질적으로 대응하는 단면 흐름 영역을 가진다. 설치 본체는, 유체 흐름을 분할시키거나 유체 흐름을 길이방향 축으로부터 편차되는 방향으로 편향시키기 위한 벽 부재를 포함하며, 벽 부재와 평면의 교차에 의해 단면 영역이 발생될 수 있고, 이러한 단면 영역은 혼합 공간의 단면 흐름 영역의 최대 1/5, 바람직하게 최대 1/10, 특히 바람직하게는 최대 1/20에 달한다. 설치 본체는 적어도 부분적으로 발포 플라스틱으로 이루어진다. 발포된 플라스틱을 사용할 때, 놀랍게도, 실질적으로 더 낮은 내부 툴 압력으로 동일한 흐름 경로가 얻어질 수 있다는 것을 알았다. 발포된 플라스틱을 사용하면 결과적으로, 더 큰 길이방향 크기를 가진 혼합기가 제조될 수 있도록, 흐름 경로를 종래 기술에 비하여 연장할 수 있게 된다.
제1 실시예에 따른 벽 부재의 단면 영역은, 혼합 공간이 2개의 부분 공간으로 분할될 수 있도록 하는 제1 광폭면을 형성한다. 따라서, 혼합 제품 즉 유체 덩어리의 흐름은, 혼합 공간 내의 광폭면의 위치에 따라 동일한 사이즈 또는 다른 사이즈를 가질 수 있는 2개의 부분 흐름으로 분할된다. 2개보다 많은 광폭면은 또한, 그에 따라 2개보다 많은 부분 흐름이 발생하도록 자연스럽게 형성될 수 있다. 발포제를 포함하는 중합체 용융물이 관통하여 흐르는 사출 성형 툴의 단면의 빈번한 변경은 정적 혼합기의 복잡한 형상으로 인하여 일어난다. 이들 변경은, 정적 혼합기의 설치 본체를 형성하는 벽 부재의 형상 및 배열에 의해 발생되며, 벽 부재를 위해 그에 대응하는 중공 공간 및 통로가 사출 성형 툴 내에 구비되어야 한다. 이러한 특수한 경우에, 발포제를 포함하는 중 용융물이 여전히 1-상 용액으로서 존재하는 주입 프로세스의 시작시에 내부 툴 압력이 제공되도록, 사출 성형 툴 내의 압력이 조절되며, 이러한 압력은 정적 혼합기를 위한 사출 성형 툴의 중공 몰드 공간을 채우는 동안에 강하된다. 압력 강하는, 포말 특히 100μm 미만의 셀 직경 및/또는 적어도 대략 106 셀/cm3보다 큰 셀 밀도를 가진 포말이 주입 동안에 형성되도록 일어난다. 포말은 주입 동안에 이미 형성되기 때문에, 중합체 용융물의 점성은 낮아지는데, 그것은 상승하는 셀이 2-상 상태에서 압축성 가스를 포함하는 기포로서 만들어지기 때문이다. 이러한 감소된 점성은 그에 따라, 실질적으로 더 낮은 내부 툴 압력에서 비발포 성분을 위한 종래의 사출 성형 프로세스에 대해 주입 속도를 감소시킬 수 있게 한다. 특히 중합체 용융물이 편향되는 영역에서 벽 효과의 변화가 마찬가지로 더 낮은 점성으로 인해 일어난다.
사출 성형 툴의 벽에 가까운 영역은, 실질적으로 사각형이 단면을 가진 간단한 형상에 대해 덜 발포되거나 전혀 발포되지 않는다. 정적 혼합기가 특히, 다음에서 더 정밀하게 설명되는 형상들 중 하나에 따라 설치 본체로 이루어지면, 흐름이 크게 편향되어, 벽 부재의 각각의 에지에서 또한 다음의 벽 부재로의 전이부에서 중합체 용융물의 흐름 경로가 발생되어, 제1 벽 부재에서 사출 성형 툴의 개구의 경계 영역(marginal region)에 존재하는 중합체 용융물은, 다음의 제2 벽 부재에서 이러한 제2 벽 영역의 중앙 영역 내로 흐르고, 2-상 포말이 형성된다. 따라서, 인접 벽 부재가 서로에 대해 소정 각도로 배치되고, 특히 인접 벽 부재가 교차 배치됨으로 인해 상술한 바와 같이 강하될 때, 포말이 혼합기의 전체 길이방향 크기를 따라 형성된다.
제2 실시예에 따른 벽 부재는, 실질적으로 사각형 형상, 및 제1 광폭면에 대해 반대쪽에 배치되며, 나선형 구조가 형성되도록 바람직한 실시예에 따라 제1 광폭면에 대해 소정 각도록 회전되는 제2 광폭면을 가진다.
바람직한 제3 실시예에 따르면, 벽 부재는 막대 부재를 포함하는데, 막대 부재의 제1 광폭면은 흐름 분할 에지를 형성하고, 막대 부재의 제2 광폭면은, 흐름을 혼합 공간의 제1 부분 영역으로부터 혼합 공간의 제2 부분 영역으로 편향시키는 작용을 하는 편향 부재에 인접한다. 제1 광폭면과 제2 광폭면에 의해 경계가 지어지는 벽 부재의 표면은 실질적으로 길이방향 축의 방향으로 정렬되며, 편향 부재의 표면은 특히, 길이방향 축에 대해 45° 내지 90°, 바람직하게 60° 내지 90°, 특히 바람직하게는 75° 내지 90°의 각도로 정렬되는 횡방향 평면에 배치된다.
무효 공간이 작고 혼합 성능이 높으며 압력 강하가 감소된 혼합기의 특히 바람직한 제4 실시예에 따르면, 설치 본체는 복수개의 벽 부재를 포함하며, 각각의 벽 부재는, 제1 광폭면, 제2 광폭면, 제1 길이방향 면, 및 제2 길이방향 면을 포함하는 실질적으로 사각형인 단면을 가진다.
벽 부재는, 길이방향 면들이 실질적으로 길이방향 축의 방향으로 연장되고 제1 광폭면과 제2 광폭면이 길이방향 축의 방향에 대해 횡방향으로 연장되도록, 설치 본체 내에 배치된다. 설치 본체는, 혼합 공간을 2개의 부분으로 분할하는 제1 벽 부재를 포함한다. 제1 벽 부재와 교차되는 2개 이상의 벽 부재가 제1 벽 부재와 연결된다. 제1 벽 부재는 바람직하게 하나 이상의 전이 부재를 통해 제2 벽 부재와 제3 벽 부재에 연결된다.
혼합 제품의 흐름은 전이 부재에 의해 편향되어, 가닥(strand)으로서 정적 혼합기 내로 들어가는 성분들은 정적 혼합기를 통과하는 동안에 폭이 감소된 스트립으로 분할되어, 혼합하기 어렵거나 높은 점성도를 가진 성분들도 이러한 정적 혼합기에 의해 프로세스될 수 있다.
인접 설치 본체는 바람직하게 하나 이상의 연결 부재를 통해 서로 연결된다. 정적 혼합기의 구조는 이러한 연결 부재로 인해 더욱 견고하게 되어, 길이방향 축에 대해 혼합기가 구부러질 가능성이 적어지고, 혼합기는 혼합 공간을 둘러싸는 파이프 내에 장착될 수 있다.
상술한 실시예에 따른 설치 본체는 필요에 따라 서로 결합될 수 있다.
상술한 정적 혼합기는 1회용 혼합기로서 적합한다, 그것은 그에 대응하는 사출 성형 툴이 제조되면 정적 혼합기의 제조 비용 및 재료 비용이 낮아지기 때문이다. 또한, 정적 혼합기는 계측 및/또는 혼합 유닛에 사용된다. 특히, 다중 성분 카트리지는, 방출 디바이스, 및 방출 디바이스에 결합되고 상술한 실시예 중 하나에 따른 정적 혼합기를 포함하는 파이프를 포함하는 예로서 지칭될 수 있다.
정적 혼합기는 방출 유닛 또는 방출 카트리지, 특히 다중 성분 카트리지에 부착될 수 있다. 정적 혼합기는 유동성 성분의 경화 혼합 제품의 혼합을 위해 사용될 수 있다. 정적 혼합기의 추가적으로 가능한 용도는 치과 분야에서의 주조 화합물의 혼합 또는 다중 성분 접착제의 혼합이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.The object of the present invention is achieved by a process for the production of a blowing agent comprising the steps of injecting a polymer melt comprising a blowing agent into the passageway at an injection point under an injection pressure of less than 500 bar, filling said passage with said polymer melt comprising said blowing agent, Wherein the ratio of the flow path to wall thickness is at least 10 by a method of producing a static mixer by an injection molding process .
In a conventional injection molding process, a polymer comprising a foaming agent foamed during or immediately after injection was used in the production of static mixers.
The injection molding method according to the present invention in particular comprises the step of injecting a polymer comprising a blowing agent into an injection molding tool at an injection pressure of less than 300 bar, particularly preferably less than 200 bar.
The process is followed by the following steps until removed from the static mixer: cooling the at least partially foamed polymer melt comprising the blowing agent in the passageway, heating the polymer melt to form the static mixer Coagulating, enlarging the cross-section of the passageway, and removing the static mixer.
The injection of the polymer containing blowing agent preferably starts from a single injection point.
The polymer containing the blowing agent is foamed at least in the region farthest from the injection port. The amount of polymer required per mixer to be produced is reduced by the foam plastic, since the foam plastic contains bubbles. Preferably, such bubbles have an average diameter of 100 μm or less, preferably 50 μm or less, particularly preferably 10 μm or less.
An injection molding tool for the production of an installation body for a static mixer from a polymer melt comprising a blowing agent comprises a passage and an injection opening for introducing said polymer melt comprising said blowing agent into said passage, The size of the mounting body for the static mixer, the passage having a ratio of flow paths to wall thickness of at least 10. The ratio of the flow path to the wall thickness is in particular greater than 50, preferably greater than 140, particularly preferably greater than 180. The injection pressure in the region of the injection opening is less than 500 bar. The injection pressure is preferably less than 300 bar, particularly preferably less than 200 bar.
Said passage of an injection molding tool having a longitudinal axis substantially corresponding to a longitudinal axis of said component and having a cross sectional passage area arranged substantially at right angles to the flow direction of said polymer melt, Size and thickness. The thickness dimension substantially corresponds to the wall thickness of the static mixer and the passageway has a geometric shape of the static mixer.
The thickness dimension is not more than 2.5 mm, preferably not more than 2.3 mm, particularly preferably not more than 2 mm.
The passage may have a main passage and a plurality of side passages depending on the shape of the static mixer.
The first side passage has a shape of the plate member determined by the length of the side passage, the width size, and the thickness size. The length of the plate member of the first side passage extends substantially in the direction of the longitudinal axis of the passage. And the cross-sectional passage area over the width size and the thickness size is disposed at a substantially right angle with respect to the length.
A second side passage having the shape of a plate member may be provided and the thickness dimension extends substantially in the direction of the longitudinal axis and the plane over the longitudinal dimension and the width dimension is disposed at an angle with respect to the longitudinal axis. The plane can be arranged at an angle of 90 [deg.] In particular.
The plate member may comprise curvature, i.e. one of the longitudinal dimension or the width dimension comprises a curved shape.
According to a preferred embodiment of the injection molding tool, the mixing nozzle can be arranged upstream of the injection opening towards the passageway for homogenization of the polymer melt comprising the blowing agent.
The object of the invention is fulfilled by a static mixer comprising a mounting body for mounting in a tubular mixer housing, said mounting body having a length and a diameter. For a tubular mixer housing that is not circular, it corresponds to the edge length when the cross-sectional area of the tubular mixer is square. For different shapes of the mixer housing, for example square or elliptical cross-section, the equivalent diameter (D a), the formula on the assumption that the cross-sectional circular area (D a) = 2 * ( A / π) using 1/2 . D a represents the equivalent diameter, and A represents the actual cross-sectional area. The ratio of the longitudinal dimension to the diameter is at least 1 and the diameter of the circular cross section or the equivalent diameter of the non-circular cross section should be used as the diameter. The mounting body is at least partially made of foamed plastic. If a single installation body is provided, the longitudinal dimension corresponds to the longitudinal side of the installation body. When a plurality of installation bodies are arranged behind each other, the longitudinal dimension is formed by the sum of the longitudinal sides. The ratio of the longitudinal dimension to the diameter is in particular greater than 3, preferably greater than 5, particularly preferably greater than 7. Static mixers of large structure length can be economically manufactured, especially due to the significantly lower internal tool pressure. The lower internal tool pressure is due to the fact that the plastic used is present as a polymer containing a blowing agent and the polymer is formed by injection molding such that the installation body, which at least partly consists of foamed plastic, is present after the end of the injection molding process, Process. The ratio of the flow path to the wall thickness is at least 10 for such an installation body used as a static mixer. The ratio of the flow path to the wall thickness is in particular greater than 50, preferably greater than 140, particularly preferably greater than 180.
The polymer containing the blowing agent has a lower viscosity than the equivalent polymer without the blowing agent because the viscosity of the polymer can be reduced by the blowing agent which may be present as a physical or chemical blowing agent. In particular, polymeric melts which comprise a physical gas, in particular a supercritical gas such as CO 2 , or a chemical blowing agent and which are present as a one-phase solution can be used. The foamed plastic may have cells with a cell size of less than 100 mu m and may be provided with a cell density of at least about 10 < 6 > cells / cm < 3 >. To produce a static mixer from foamed plastic, a flowable material is introduced into the injection molding tool under pressure. The injection molding tool forms a hollow space having the shape of a static mixer. In order to obtain a solution of the supercritical fluid in the foamed polymer, a predetermined mixing time is required, and the shorter the mixing time, the thinner the walls of the static mixer.
For the production of static mixers, plastic pellets are melted in an extruder in a first process step. Next, for example, a blowing agent in the form of a supercritical gas, especially CO 2, is added. On the other hand, the blowing agent may be added to the selected position of the plasticizing screw by operating a suitable through flow control valve. The temperature and pressure of the blowing agent are controlled so that the blowing agent changes into a supercritical state. The blowing agent may also be preheated prior to introduction to avoid an abrupt pressure increase at higher temperatures. Alternatively, the blowing agent may be added outside the plasticizing cylinder, especially as a supercritical fluid. The blowing agent is then mixed with the polymer melt in a plasticizing cylinder by means of a plasticizer screw. This mixing process increases the diffusion of the blowing agent into the polymer until the blowing agent is saturated in the polymer. The contact area of the two materials is magnified by the mixing process and the penetration depth required for the diffusion process is accordingly reduced. Thus, the blowing agent is mixed with the molten polymer by the movement of the plasticizing screw, which contributes to the generation of a solution of the blowing agent in the polymer. As long as the plasticizer screw is rotated, a two-dimensional shear field is generated in the foaming agent / polymer system to be mixed. In this respect, the bubbles formed by the foaming agent extend in the shear direction. Elongated bubbles collapse by laminar turbulence, resulting in smaller spherical bubbles. The plasticizer screw preferably has irregularly arranged blades and the orientation of the foaming agent / polymer interface changes the relationship of the flow lines, thereby increasing the efficiency of the laminar flow mixture. During the mixing process in which a static mixer can be used, diffusion of bubbles also occurs in the polymer melt surrounding each bubble. Thereafter, conversion from the two-phase mixture to the one-phase solution takes place in the diffusion chamber. In the one-phase solution, the blowing agent concentration is substantially uniform, so that the solution can be regarded as uniform.
After diffusion, the solution is heated rapidly and nucleation occurs in the saturated solution. Nucleation is understood as nucleation forming the basis for the formation of a foam with an average cell size of up to 100 [mu] m. Thermodynamic instability is generated by heating due to the reduced solubility of the blowing agent in the polymer at these higher temperatures. The more the solubility is reduced as the temperature increases, the greater the rate of nucleation and the greater the number of nucleated cells. High pressure is maintained so that these cells do not already grow in the plasticizing cylinder. A solution with the nucleated cells is then introduced into the hollow mold space of the injection molding tool. For example, the pressure in the injection-molding tool is controlled by the introduction of compressed air. The growth of cells in the injection molding tool occurs only due to pressure instability when the pressure in the injection molding tool drops rapidly. The flow resistance when using a polymer containing a blowing agent is therefore reduced. This makes it possible to lower the internal tool pressure so that the pressure load of the tool lies within an acceptable range where premature failure of the tool is no longer anticipated. However, for various reasons, it has been foreseen to date to use polymers containing blowing agents for the production of such static and thin wall static mixers. On the other hand, it has not been expected at all that such a thin wall mixer with a complicated shape can be produced due to the lowering of the injection rate caused by the lowering of the internal tool pressure. Such phenomenon known from the injection molding process is referred to in the art as freezing. In this process, the solidification of the polymer melt injected into the injection molding tool occurs in the region of the injection molding tool close to the wall. Such coagulation can also be caused by a temperature gradient between the melt and the wall, but also in a tool with a temperature of the polymer melt, which means that the flow rate of the polymer melt is higher in the region of the injection molding tool Because it is lower. The flow of polymer melt through the injection molding tool corresponds to the flow through the closed passageway. The flow profile of such flow velocity is substantially parabolic. The symmetry axis of the parabola substantially corresponds to the central longitudinal axis of the passageway. The flow rate has a value of zero at the wall of the injection molding tool. Due to this flow profile, the polymer has several different residence times in the passages formed by the injection molding tool. The longer the residence time of the polymer melt is, the lower the wall area of the flow rate is generated, and as a result, the reaction, for example, the crosslinking reaction, can occur in the polymer melt without cooling action. Thus freezing the polymer melt within the wall region. As a result, the channel cross-sections still available for penetration of the polymer melt are reduced. This reduction of the passage cross section prevents components with a wall thickness greater than 3 mm from entering, which limits the freezing to a small area of the passage close to the wall so that the polymer Since the melt can flow through the injection molding tool.
Each cross-sectional area has a wall thickness, the ratio of the longitudinal dimension to the wall thickness being at least 40, preferably at least 50, particularly preferably at least 75. The cross-sectional area may intersect a plurality of wall members, so that the wall thickness need not be explicitly determined by specifying only the cross-sectional area. However, the actual wall thickness is critical to the design of the injection molding tool. The thinner this wall thickness, the better the wall effect described above for the injection of the polymer melt into the injection molding tool. Therefore, a relatively higher internal tool pressure should be provided for small wall thicknesses. The wall thickness of the static mixer may be less than 3 mm, preferably less than 2 mm, particularly preferably less than 1.5 mm, without an allowable internal tool pressure being exceeded.
The plurality of mounting bodies may be arranged behind each other, especially along the longitudinal axis. These installation bodies may have the same structure or may be combined with an installation body having a different structure so as to produce a mixer arrangement as shown in EP1312409B1. The adjacent mounting bodies are preferably connected to each other so that the mixer consisting of the plurality of mounting bodies is made as a single part. This means that the entire mixer is manufactured in a single injection molding tool.
The mounting body or the entire mounting body may have a longitudinal dimension of 5 to 500 mm, 5 to 300 mm, particularly preferably 50 to 100 mm.
The static mixer is preferably designed so that the installation body is directed in the direction of the fluid flowing into the installation body such that the mixing space can span both sides of the installation body, the mixing space being in a plane perpendicular to the longitudinal axis, Sectional flow area substantially corresponding to the cross-sectional flow area. The mounting body includes a wall member for dividing the fluid flow or deflecting the fluid flow in a direction deviating from the longitudinal axis, wherein a cross-sectional area can be generated by intersection of the wall member and the plane, Preferably up to 1/10, particularly preferably up to 1/20 of the cross-sectional flow area of the mixing space. The mounting body is at least partially made of foamed plastic. Surprisingly, when using foamed plastic, it has been found that the same flow path can be obtained with substantially lower internal tool pressure. The use of foamed plastic results in the extension of the flow path compared to the prior art, so that a mixer with a larger longitudinal dimension can be produced.
The cross-sectional area of the wall member according to the first embodiment forms the first wide surface so that the mixing space can be divided into two subspaces. Thus, the flow of the mixed product, i.e., the fluid agglomerates, is divided into two partial flows, which can have the same size or different sizes depending on the position of the wide face in the mixing space. More than two wide faces can also be formed naturally so that more than two partial flows occur. Frequent changes in the cross section of the injection molding tool through which the polymer melt containing the blowing agent flows occur due to the complex shape of the static mixer. These changes are caused by the shape and arrangement of the wall members forming the installation body of the static mixer, and corresponding hollow spaces and passages for the wall members must be provided in the injection molding tool. In this particular case, the pressure in the injection molding tool is adjusted such that the internal tool pressure is provided at the start of the injection process, where the melt is still present as a one-phase solution, including the blowing agent, And is lowered while filling the hollow mold space of the forming tool. The pressure drop occurs so that a foam with a cell size of less than 100 microns, and / or a cell density of at least about 10 6 cells / cm 3, is formed during the injection. Since the foam is already formed during the injection, the viscosity of the polymer melt is lowered because the rising cell is made as a bubble containing a compressible gas in a two-phase state. This reduced viscosity thus allows the injection rate to be reduced for conventional injection molding processes for non-foam components at substantially lower internal tool pressures. In particular, the change in wall effect in the region where the polymer melt is deflected is likewise due to the lower viscosity.
The region close to the wall of the injection molding tool is less foamed or not foamed at all for a simple shape with a substantially rectangular cross section. If the static mixer is made up of the installation body in particular according to one of the shapes described more precisely in the following, the flow is greatly deflected so that the polymer melt at the transition from each edge of the wall member to the next wall member A flow path is generated so that the polymer melt present in the marginal region of the opening of the injection molding tool in the first wall member flows into the central region of this second wall region in the next second wall member and the 2- A phase foam is formed. Thus, when the adjacent wall members are disposed at an angle relative to each other, and particularly when the adjacent wall members are lowered as described above due to the cross-over arrangement, the foam is formed along the entire longitudinal dimension of the mixer.
The wall member according to the second embodiment has a substantially rectangular shape and is arranged on the opposite side to the first wide surface and has a second surface that is rotated at a predetermined angle with respect to the first wide surface in accordance with the preferred embodiment so that a helical structure is formed. Wide surface.
According to a third preferred embodiment, the wall member comprises a rod member, the first wide face of the rod member forming a flow dividing edge, and the second wide face of the rod member, To the second partial area of the mixing space. The surface of the wall member bounded by the first wide surface and the second wide surface is substantially aligned in the direction of the longitudinal axis and the surface of the biasing member is in particular between 45 and 90 degrees with respect to the longitudinal axis, 60 DEG to 90 DEG, particularly preferably 75 DEG to 90 DEG.
According to a particularly preferred fourth embodiment of the mixer in which the void space is small, the mixing performance is high and the pressure drop is reduced, the installation body includes a plurality of wall members, each wall member having a first wide surface, , A first longitudinal surface, and a second longitudinal surface.
The wall member is disposed within the mounting body such that the longitudinal surfaces extend substantially in the direction of the longitudinal axis and the first wide surface and the second wide surface extend transversely with respect to the direction of the longitudinal axis. The mounting body includes a first wall member that divides the mixing space into two portions. Two or more wall members crossing the first wall member are connected to the first wall member. The first wall member is preferably connected to the second wall member and the third wall member through the at least one transition member.
The flow of the mixed product is deflected by the transition members such that the components entering the static mixer as strands are divided into strips of reduced width while passing through the static mixer, Can be processed by a static mixer.
The adjacent mounting bodies are preferably connected to each other via one or more connecting members. The structure of the static mixer becomes more rigid due to this coupling member, the possibility of the mixer being bent against the longitudinal axis is reduced, and the mixer can be mounted in the pipe surrounding the mixing space.
The installation bodies according to the above-described embodiments can be coupled to each other as needed.
The static mixer described above is suitable as a disposable mixer because the manufacturing cost and material cost of the static mixer is lowered when the corresponding injection molding tool is manufactured. Static mixers are also used in metrology and / or mixing units. In particular, a multi-component cartridge may be referred to as an example comprising a discharge device, and a pipe coupled to the discharge device and including a static mixer according to one of the above embodiments.
The static mixer may be attached to a discharge unit or discharge cartridge, particularly a multi-component cartridge. The static mixer may be used for mixing of the hardened mixture of flowable components. A further possible use of a static mixer is the mixing of the casting compound or the mixing of the multi-component adhesive in the dental field.
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
본 발명에 따른 혼합기의 제1 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 정적 혼합기는, 도시되지 않은 관형 하우징 내에 설치되는 설치 본체(1)를 포함한다. 관형 하우징은, 관형 하우징의 내부에 위치되는 혼합 공간(20)의 경계부로서 작용한다. 일반적으로 2개 이상의 다른 성분으로 이루어지며 혼합될 유체는 혼합 공간(20)을 통해 흐른다. 대부분의 경우에, 성분들은 유체 상태 또는 점성 덩어리로서 존재한다. 이것에는 예를 들면 페이스트(paste) 및 접착제가 포함되지만, 또한, 제약제(pharmaceutical agents)를 포함하는 의약 분야에 사용되는 유체, 또는 화장품 및 음식을 위한 유체도 포함된다. 그러한 정적 혼합기는 또한 특히, 다중 성부 접착제의 혼합과 같이 유동성 성분의 경화 혼합 제품의 혼합을 위해 일회용 혼합기로서 사용된다. 또 다른 바람직한 용도는 치과 분야에서 주조 화합물의 혼합에 사용하는 것이다.
설치 본체(1) 자체는 이동 부품을 가지지 않아, 혼합 프로세스는 흐름 유체 자체를 통해 발생된다. 이동 설치물이 없다는 것이, 그러한 혼합기를 정적 혼합기라고 지칭하는 주된 이유라고 볼 수 있다. 설치 본체(1)는, 동시에 관형 하우징의 길이방향 축인 길이방향 축(10)을 가진다. 길이방향 축(10)은 주 흐름 방향에 놓이는데, 즉, 어떠한 설치물 또는 매니폴드로 없는 관형 하우징 내에 존재하는 흐름의 방향에 놓인다. 설치 본체(1)는 또한 직경(36)을 가진다. 길이방향 축에 대해 직각으로 혼합 공간(20)을 관통하여 임의의 바람직한 지점에 평면(21, 121)이 적용되면, 설치물이 없는 관형 혼합기 하우징의 단면 흐름 영역에 실질적으로 대응하는 단면 흐름 영역(22, 122)이 발생된다. 이러한 점에서 설치 본체(1)는 평면(21, 121)에 의해 교차되어 단면 흐름 영역(23, 123)이 발생된다는 것에 유의하여야 한다.
따라서, 단면 흐름 영역(22, 122)의 값은 벽 부재의 영역에서 관형 혼합기 하우징의 단면 흐름 영역의 값보다 작다. 단면 영역은 최대로 단면 흐름 영역(22, 122)의 1/5에 달한다. 벽 부재의 설계에 있어서, 설치 본체의 제조를 위한 중합체의 재료의 필요량이 가능한 한 감소되도록 가능한 한 얇은 벽을 가지도록 노력하였다. 단면 흐름 영역의 1/5의 비율은, 점성 유체 또는 페이스트와 같이 고압에서 혼합기를 통하여 이송되어야 하는 유체에 대해 필요하다. 이러한 경우에, 혼합기의 일정한 기계적 안정성이 필요하다. 점성도가 낮은 유체 또는 더 짧은 혼합기에 대해, 상기 비율은 1/10 이하, 심지어는 1/20 이하까지 감소될 수 있다.
혼합 공간을 2개의 동일한 부분으로 분할하는 하나 이상의 대칭 평면을 가진 설치 본체(1)에 대해, 길이방향 축은 이러한 대칭 평면에 배치된다. 설치 본체(1)는, 유체 흐름을 분할하는 작용을 하거나 유체 흐름을 길이방향 축으로부터 편차된 방향으로 편향시키는 작용을 하는 하나 이상의 벽 부재(2, 3, 4, 8, 9)를 포함한다. 일반적으로, 유체는 벽 부재의 양쪽에서 흐른다.
벽 부재(2)는, 실질적으로 혼합 공간의 폭 또는 직경에 걸쳐서 일반적으로 관형 하우징의 벽까지 연장되는 제1 광폭면(5)을 가진다. 벽 부재(2)는, 제1 광폭면(5)의 하류에 배치되는 제2 광폭면(6)을 가진다. 도 1에 따라, 제2 벽 부재(8)는 제2 광폭면(6)에 연결되고, 그 뒤에 제3 벽 부재(3)가 온다. 제4 벽 부재(9)는 제3 벽 부재(3)의 하류에 배치되며 제5 벽 부재(4)에 의해 연결된다. 벽 부재(2)는 길이방향 축(10)에 대해 경사각을 가져, 제1 광폭면(5)에 의해 형성된 2개의 부분의 흐름이 편향된다.
도면에 도시되지 않은 더욱 간단한 변형예에 따르면, 인접 설치 본체(101)의 벽 부재(102)는 제1 벽 부재(2)와 연결될 수 있다. 인접 설치 본체(1, 101)는 바람직하게 서로에 대해 회전되어 배치되는데, 특히 서로에 대해 90°의 각도로 회전된다. 따라서 도 1에 따른 설치 본체(1, 101)는, 길이방향 축(10)에 대해 각도를 가지고 교대로 배치되는 일련의 벽 부재(2, 3, 4, 102, 103, 104), 및 길이방향 축에 대해 평행하게 정렬되는 중간편(8, 9, 108, 109)을 포함한다. 설치 본체(101)는 설치 본체(1)에 대해 180° 회전된다.
제2 실시예의 정적 혼합기를 위한 설치 본체(1)가 도 2에 도시되어 있다. 설치 본체는, 이 경우에 사각형 또는 다이어몬드 모양의 단면 흐름 영역 또는 원형 또는 타원형 단면 흐름 영역으로 선택적으로 이루어질 수 있는 관형 하우징에 설치하기 위한 작용을 한다. 설치 본체(1)는, 사각형 표면과 벽 두께(7)에 대응하는 단면 영역(23)을 가진 플레이트 모양의 부재로서 이루어지는 단일 벽 부재(2)로 구성된다. 단면 영역(23)은, 주 흐름 방향에서 플레이트 모양의 부재의 대칭축에 대응하는 길이방향 축(10)에 대해 직각으로 놓이는 평면(21)과 플레이트 모양의 부재의 단면 영역으로서 형성된다.
설치 본체와 같은 흐름 편향 설치물을 없는 혼합 공간을 통한 유체의 흐름을 주 흐름 방향이라고 정의한다. 플레이트 모양의 부재는 제1 광폭면(5), 제2 광폭면(6), 및 제1 광폭면(5)과 제2 광폭면(6)을 연결하는 2개의 길이방향 면(25, 35)을 가진다. 제1 광폭면과 제2 광폭면은, 벽 부재(2)의 양쪽에 걸치는 혼합 공간(20)을 2개의 부분으로 분할하는데, 도 2의 경우에는 2개의 반부로 분할한다. 벽 부재(2)를 따른 유체의 흐름이 편향될 수 있도록, 제2 광폭면(5)은 길이방향 축(10) 주위로 제2 광폭면(6)에 대해 비틀려, 2개의 길이방향 면(25, 35)은 각각 나선형 구조의 나선형 라인 또는 면을 형성한다. 도 2에 도시된 벽 부재에서, 제1 광폭면(5)은 제2 광폭면(6)에 대해 180° 회전된다. 길이방향 면(25, 35)은 바람직하게 길이방향 면(25, 35)을 둘러싸는 관형 하우징과 접촉되거나 관형 하우징으로부터 작은 간격을 두고 배치되어, 유체의 부분적 흐름이 관형 하우징의 내벽을 따라 방해받지 않으면서 흘러 혼합 프로세스에서 제외된 상태로 유지되는 것을 피한다.
하나 이상의 추가적 설치 본체(101)가 설치 본체(1)와 연결될 수 있는데, 추가적 설치 본체(101)의 단면 영역(123)만 도시되었다. 단면 영역(123)의 제1 광폭면(105)은 설치 본체(1)의 제2 광폭면에 대해 각도를 가지고 배치된다. 도 2에서, 각도는 단면 흐름 영역(122)에서 측정하였을 때 90°에 달한다.
도 3은, 관형 하우징에 설치하기 위한 복수개의 설치 본체(1, 101, 201, 301, 401, 501)를 포함하는 정적 혼합기의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 제1 설치 본체(1)는, 제1 광폭면(5), 제2 광폭면(6), 제1 길이방향 면(25), 및 제2 길이방향 면(35)을 포함하는 사각형 단면을 가진 플레이트 모양의 벽 부재(2)로 이루어진다. 제1 광폭면(5)은, 도 1과 관련하여 정의된 흐름의 주 방향에 대해 직각으로 놓이는 단면 흐름 영역(22)을 나타내는 평면(21)에 배치된다. 2개의 길이방향 면(25, 35)은 또한 이 경우에 도시되지 않은 관형 하우징과 접촉되거나 관형 하우징으로부터 작은 간격을 가진다.
벽 부재(2)는, 제1 광폭면(5)의 에지에서의 편향을 제외하고는 편향이 무시될 수 있는 2개의 부분으로 흐름을 분할하는 막대 부재(26)의 작용을 한다. 이러한 이유로, 편향 부재(27)는 하류에 있는 막대 부재(26)와 연결된다. 편향 부재(27)는 바람직하게, 평면(21)에 대해 평행하게 정렬되거나 평면에 대해 경사각을 가지고 배치되는 평면에 배치되며, 경사각은 60°를 넘지 않고, 바람직하게 45°를 넘지 않으며, 특히 바람직하게는 30°를 넘지 않는다. 편향 부재(27)의 표면과 평면(21) 사이의 경사각이 작을 수록, 필요한 구조의 길이는 작아지지만 압력 손실은 더 커진다. 다시 말해서, 편향 부재의 표면은, 길이방향 축에 대해 45° 내지 90°, 바람직하게 45° 내지 90°, 특히 바람직하게는 45° 내지 90°의 각도로 정렬되는 횡방향 평면에 배치된다. 편향 부재(27)는 또한 도 1과 일치되게 벽 부재(3)로서 이해될 수 있지만, 도 1의 벽 부재와는 대조적으로, 혼합 공간(20)은 4개의 부분 공간으로 분할된다. 흐름이 관통하는 단면은 편향 부재에 의해 4개의 부분 공간 중에서 국부적으로 2개의 부분 공간으로 감소된다. 도 3에 따라, 이들 부분 공간 각각은, 단면 흐름 영역이 원형일 때 90°의 개방각을 가진 원호이다. 또는, 사각형 단면을 가진 혼합기 하우징에 대해 편향 부재가 마찬가지로 디자인될 때, 부분 공간 각각은 또한 사각형 단면을 가질 수 있다. 이 경우에, 도시된 편향 부재의 곡률 대신에, 사변형 편향 부재에, 관형 하우징의 도시되지 않은 내벽에 인접하는 에지가 구비되어야 할 것이다.
정적 혼합기의 또 다른 실시예가 도 4에 도시되어 있는데, 유체 흐름은 단면에서 2개 이상의 부분 흐름으로 분할될 수 있다. 도 4에 따른 플라스틱으로 된 정적 혼합기는, 관형 혼합기 하우징 내에 설치하기 위한 설치 본체(1)를 포함하는데, 설치 본체(1, 101)는, 혼합 공간(20, 120)이 설치 본체(1, 101) 양쪽에 걸쳐질 수 있도록, 설치 본체(1) 내로 흐르는 유체의 방향으로 정렬되는 길이방향 축(10)을 가지며, 혼합 공간(20)은, 길이방향 축(10)에 대해 직각인 평면(21, 121)에서, 관형 혼합기 하우징의 단면 흐름 영역에 실질적으로 대응하는 단면 흐름 영역(22, 122)을 가지며, 설치 본체(1, 101)는, 유체 흐름을 분할하거나 유체 흐름을 길이방향 축으로부터 편차된 방향으로 편향시키기 위한 벽 부재(2, 3, 4, 102, 103, 104)를 포함한다. 단면 영역(23, 123)은 벽 부재(2, 3, 4, 102, 103, 104)와 평면(21, 121)의 교차에 의해 발생될 수 있고, 이러한 단면 영역(23, 123)은 혼합 공간(20, 120)의 단면 흐름 영역(22, 122)의 최대 1/5, 바람직하게 최대 1/10, 특히 바람직하게 최대 1/20에 달한다. 설치 본체(1)는 복수개의 벽 부재(2, 3, 4)를 포함하는데, 각각의 벽 부재(2, 3, 4)는, 제1 광폭면(5), 제2 광폭면(5), 제1 길이방향 면(25), 및 제2 길이방향 면(35)을 포함하는 실질적으로 사각형인 단면을 가진다. 각각의 벽 부재(2, 3, 4)는, 길이방향 면(25, 35)이 실질적으로 길이방향 축(10)의 방향으로 연장되고 제1 광폭면(5)과 제2 광폭면(6)이 길이방향 축에 대해 횡방향으로 연장되도록, 설치 본체(1) 내에 배치된다. 설치 본체는, 혼합 공간을 2개의 부분으로 분할하는 제2 벽 부재(2)를 포함한다. 제1 벽 부재(2)와 교차하는 2개 이상의 벽 부재(3, 4)가 제1 벽 부재(2)와 연결된다. 도 4에 따른 실시예에서 교차각은 90°에 달하지만 다른 값을 취할 수도 있다. 도 4에 따르면, 제1 벽 부재(2)는 하나 이상의 전이 부재(11, 12, 13, 111, 112, 113)를 통해 제2 벽 부재(3) 및 제3 벽 부재(4)에 연결된다. 전이 부재는, 도 3에 이미 도시된 바와 같이, 유체 흐름을 단면 흐름 영역의 일부 영역으로부터 다른 영역으로 편향시키도록 편향 부재로서 디자인될 수 있다.
인접 설치 본체(1, 101)는 하나 이상의 연결 부재(14, 15, 114, 115)를 통해 서로 연결될 수 있다. 그러한 연결 부재는 정적 혼합기의 굽힘 강성도를 증가시킨다. 또한, 연결 부재를 통해, 중합체 용융물은 제1 설치 본체(1)로부터 제1 설치 본체(101)(하류에 대치되는 임의의 또 다른 설치 본체)로 흐를 수 있다. 연결 부재가 존재하지 않으면, 벽 부재(3 또는 4)로부터 하류에 배치되는 벽 부재(102)로의 전이는, 이 경우에 벽 두께(7)에 대응되는 변 길이를 가질 2개의 사각형으로 이루어지는 공통 교차면 만으로 이루어질 것이다. 하류에 배치되는 설치 본체를 위한 전체 중합체 용융물은 이들 제한점을 통과할 것이며, 그것은 툴(tool) 내의 국부적 압력 피크(peak)를 발생시킬 것이다. 또한, 중합체 용융물이 장기간 머물면 사용시에 관형 혼합기 하우징에 가까이 놓이게 될 벽 부재의 영역이 발생될 것이고, 그것은 중합체 용융물의 변화를 발생시킬 것이며, 어떤 상황에서는 물리적 성질 및 균질성의 저하를 발생시킬 것이다. 특히 발포제를 포함하는 용융물이 발포 구조를 발생시키기 위해 사용될 때, 그러한 무효 공간은 사출 성형 프로세스에 이롭지 않을 것이다.
도 4에 도시된 방법과 유사하게, 도 1과 도 2를 간단하게 하기 위해 생략되었던 연결 부재가 또한 도 1 또는 도 2에 따른 실시예에 구비될 수 있다. 도 3의 전이 부재(27)는 마찬가지로 연결 부재의 기능을 충족시킨다.
인접 설치 본체(1, 101)는 도 4에 따라 길이방향 축(10) 주위로 180°의 각도로 회전된다. 상술한 실시예 중 임의의 실시예에 따른 설치 본체는 필요시 서로 결합될 수 있다. 특히, 혼합 효과를 향상시키기 위해 혼합 구조를 형성하도록 여러 가지 실시예의 설치 본체를 서로 결합시키기 위해 추가적 연결 부재가 구비될 수 있다.
상술한 실시예 중 임의의 실시예에 따른 정적 혼합기는, 비교적 복잡한 형상도 사출 성형 프로세스에서 실현될 수 있게 하는 플라스틱으로 이루어진다. 설치 본체(1, 101, 201, 301) 전체는 길이방향 크기(24)를 가지며, 단면 영역(23, 123) 각각은, 복수개의 설치 본체를 포함하는 특히 정적 혼합기를 위한 벽 두께(7)를 가진다. 벽 두께(7)에 대한 길이방향 크기(24)의 비는 적어도 40, 바람직하게 적어도 50, 특히 바람직하게는 적어도 75에 달한다. 유체 양이 작은 정적 혼합기의 바람직한 사용을 위해, 벽 두께(7)는 3mm 미만, 바람직하게 2mm 미만, 특히 바람직하게는 1.5mm 미만이다. 설치 본체(1, 101) 전체는 5mm 와 500mm 사이, 5mm 와 300mm 사이, 특히 바람직하게는 50mm 와 100mm 사이의 길이방향 크기(24)를 가진다.
실험 결과에 따르면, 제4 실시예에 따른 정적 혼합기는 발포 구조에서 60mm의 길이방향 크기 및 0.42mm의 평균 벽 두께로 제조될 수 있었다. 따라서, 벽 두께에 대한 흐름 경로의 비는 143:1에 달한다. 그러한 혼합기는 12개의 설치 본체로 이루어진다.
또한, 제3 실시예에 따른 정적 혼합기는 발포 구조에서 100mm의 길이방향 크기 및 0.42mm의 평균 벽 두께로 제조될 수 있었다. 따라서, 벽 두께에 대한 흐름 경로의 비는 238:1에 달한다. 이러한 혼합기는 24개의 설치 본체로 이루어진다.A first embodiment of a mixer according to the present invention is shown in Fig. The static mixer includes an installation main body 1 installed in a tubular housing (not shown). The tubular housing acts as a boundary of the mixing space (20) located inside the tubular housing. Generally, the fluid to be mixed, which is composed of two or more different components, flows through the mixing space 20. In most cases, the components are present as a fluid state or as a viscous mass. This includes, for example, pastes and adhesives, but also fluids used in the pharmaceutical field, including pharmaceutical agents, or fluids for cosmetics and food. Such static mixers are also used as disposable mixers, especially for mixing of cured mixes of flowable components, such as mixing of multi-part adhesives. Another preferred use is for the mixing of casting compounds in the dental field.
Since the mounting body 1 itself does not have moving parts, the mixing process occurs through the flow fluid itself. The absence of moving fixtures is a major reason for referring to such mixers as static mixers. The installation body 1 also has a longitudinal axis 10 which is the longitudinal axis of the tubular housing at the same time. The longitudinal axis 10 lies in the main flow direction, i.e. in the direction of flow present in the tubular housing without any fixtures or manifolds. The mounting body 1 also has a diameter 36. [ When planes 21 and 121 are applied at any desired point through the mixing space 20 at a right angle to the longitudinal axis, a cross sectional flow region 22 , 122 are generated. In this respect, it should be noted that the installation body 1 is crossed by the planes 21 and 121 to generate the cross-sectional flow areas 23 and 123. [
Thus, the value of the cross sectional flow area 22, 122 is less than the value of the cross sectional flow area of the tubular mixer housing in the region of the wall member. The cross-sectional area reaches a maximum of 1/5 of the cross-sectional flow areas 22, 122. In the design of the wall member, efforts have been made to have as thin a wall as possible so that the amount of polymer material required for the manufacture of the mounting body is reduced as much as possible. The ratio of 1/5 of the cross-sectional flow area is required for fluids that must be transported through the mixer at high pressure, such as viscous fluids or pastes. In this case, a constant mechanical stability of the mixer is required. For low viscosity fluids or shorter mixers, the ratio can be reduced to less than or equal to 1/10, and even to less than or equal to 1/20.
For an installation body 1 having at least one symmetry plane dividing the mixing space into two identical parts, the longitudinal axis is arranged in this symmetry plane. The installation body 1 comprises at least one wall member 2, 3, 4, 8, 9 which acts to divide the fluid flow or to deflect the fluid flow in a direction deviated from the longitudinal axis. Generally, the fluid flows on both sides of the wall member.
The wall member 2 has a first wide face 5 which extends generally to the wall of the tubular housing over substantially the width or diameter of the mixing space. The wall member 2 has a second wide face 6 disposed downstream of the first wide face 5. According to Fig. 1, the second wall member 8 is connected to the second wide face 6, followed by the third wall member 3. The fourth wall member 9 is disposed downstream of the third wall member 3 and is connected by the fifth wall member 4. The wall member 2 has an inclination angle with respect to the longitudinal axis 10, and the flow of the two portions formed by the first wide face 5 is deflected.
According to a simpler modification not shown in the drawing, the wall member 102 of the adjacent installation main body 101 can be connected to the first wall member 2. The adjacent mounting bodies 1, 101 are preferably arranged to rotate about each other, in particular at an angle of 90 DEG to each other. 1 comprises a series of wall members 2, 3, 4, 102, 103, 104 arranged alternately at an angle with respect to the longitudinal axis 10, And a middle piece 8, 9, 108, 109 arranged parallel to the axis. The installation main body 101 is rotated 180 degrees with respect to the installation main body 1. [
An installation body 1 for the static mixer of the second embodiment is shown in Fig. The installation body serves for installation in a tubular housing, which in this case can be selectively made into a rectangular or diamond-shaped cross-sectional flow area or a circular or elliptical cross-sectional flow area. The installation body 1 is constituted by a single wall member 2 which is a plate-shaped member having a rectangular surface and a sectional area 23 corresponding to the wall thickness 7. The cross-sectional area 23 is formed as a cross-sectional area of the plate-like member and a plane 21 lying at right angles to the longitudinal axis 10 corresponding to the axis of symmetry of the plate-shaped member in the main flow direction.
The flow of fluid through the mixing space without flow deflecting fixtures such as the installation body is defined as the main flow direction. The plate-shaped member has a first wide surface 5 and a second wide surface 6 and two longitudinal surfaces 25 and 35 connecting the first wide surface 5 and the second wide surface 6. [ . The first wide surface and the second wide surface divide the mixing space 20 across both sides of the wall member 2 into two parts, in the case of FIG. 2, into two halves. The second wide face 5 is twisted about the second wide face 6 about the longitudinal axis 10 so that the flow of fluid along the wall member 2 can be deflected, 25, and 35 form a helical line or surface of a helical structure, respectively. In the wall member shown in Fig. 2, the first wide face 5 is rotated by 180 占 with respect to the second wide face 6. The longitudinal surfaces 25,35 preferably are in contact with or spaced a small distance from the tubular housing surrounding the longitudinal surfaces 25,35 such that a partial flow of fluid is impeded along the inner wall of the tubular housing To avoid being left excluded from the mixing process.
At least one additional mounting body 101 can be connected to the mounting body 1, only the cross-sectional area 123 of the additional mounting body 101 is shown. The first wide face 105 of the cross-sectional area 123 is disposed at an angle with respect to the second wide face of the mounting body 1. [ In Figure 2, the angle reaches 90 [deg.] When measured in the cross sectional flow region 122. [
Figure 3 shows another embodiment of a static mixer comprising a plurality of mounting bodies (1, 101, 201, 301, 401, 501) for installation in a tubular housing. The first installation body 1 has a rectangular cross section including a first wide surface 5, a second wide surface 6, a first longitudinal surface 25, and a second longitudinal surface 35 And a plate-shaped wall member 2. The first wide face 5 is disposed in a plane 21 representing a cross sectional flow region 22 lying at a right angle to the main direction of flow defined in relation to Fig. The two longitudinal faces 25, 35 also contact the tubular housing, not shown in this case, or have a small spacing from the tubular housing.
The wall member 2 acts as a rod member 26 which divides the flow into two parts whose deflection can be neglected, except for deflection at the edge of the first wide face 5. For this reason, the biasing member 27 is connected to the rod member 26 downstream. The biasing member 27 is preferably arranged in a plane which is arranged parallel to the plane 21 or arranged with an inclination angle with respect to the plane and the inclination angle is not more than 60 DEG, preferably not more than 45 DEG, Does not exceed 30 [deg.]. The smaller the inclination angle between the surface of the biasing member 27 and the plane 21, the smaller the length of the required structure, but the greater the pressure loss. In other words, the surface of the biasing member is arranged in a transverse plane which is aligned at an angle of 45 ° to 90 °, preferably 45 ° to 90 °, particularly preferably 45 ° to 90 °, with respect to the longitudinal axis. The biasing member 27 can also be understood as a wall member 3 in accordance with FIG. 1, but in contrast to the wall member of FIG. 1, the mixing space 20 is divided into four subspaces. The cross-section through which the flow passes is reduced to two subspaces locally among the four subspaces by the biasing member. According to Fig. 3, each of these subspaces is an arc with an opening angle of 90 DEG when the cross-sectional flow area is circular. Alternatively, when the biasing member is designed similarly for a mixer housing with a rectangular cross section, each of the subspaces may also have a rectangular cross-section. In this case, instead of the curvature of the illustrated biasing member, the quadrangular biasing member would have to be provided with an edge adjacent the unillustrated inner wall of the tubular housing.
Another embodiment of a static mixer is shown in Figure 4, wherein the fluid flow can be divided into two or more partial flows in cross section. The static mixer made of plastic according to figure 4 comprises an installation body 1 for installation in a tubular mixer housing in which the mixing spaces 20 and 120 are connected to the installation bodies 1 and 101 The mixing space 20 having a longitudinal axis 10 aligned in the direction of the fluid flowing into the mounting body 1 so as to be able to run over both sides of the longitudinal axis 10, Sectional area of the tubular mixer housing, the tubular mixer housing having a cross sectional flow area (22, 122) substantially corresponding to a cross sectional flow area of the tubular mixer housing, wherein the mounting body (1, 101) (2, 3, 4, 102, 103, 104) for deflecting in a predetermined direction. Sectional areas 23 and 123 can be generated by the intersection of wall members 2, 3, 4, 102, 103 and 104 and planes 21 and 121, Preferably up to 1/10, particularly preferably up to 1/20 of the cross-sectional flow areas 22,122 of the flow channels 20,120. The installation body 1 includes a plurality of wall members 2, 3 and 4 each of which has a first wide surface 5, a second wide surface 5, A first longitudinal surface 25, and a second longitudinal surface 35. The first longitudinal surface 25 has a substantially rectangular cross-section. Each of the wall members 2, 3 and 4 are arranged such that the longitudinal faces 25 and 35 extend substantially in the direction of the longitudinal axis 10 and extend in the direction of the first wide face 5 and the second wide face 6, Is arranged in the installation main body (1) so as to extend in the transverse direction with respect to the longitudinal axis. The installation body includes a second wall member (2) dividing the mixing space into two parts. Two or more wall members 3, 4 intersecting with the first wall member 2 are connected to the first wall member 2. In the embodiment according to FIG. 4, the crossing angle is 90 DEG but may take different values. 4, the first wall member 2 is connected to the second wall member 3 and the third wall member 4 via one or more transition members 11, 12, 13, 111, 112, 113 . The transition member can be designed as a biasing member to deflect fluid flow from a portion of the cross-flow region to another region, as already shown in Fig.
The adjacent mounting bodies 1, 101 may be connected to each other via one or more connecting members 14, 15, 114, 115. Such a connecting member increases the bending stiffness of the static mixer. Further, through the connecting member, the polymer melt can flow from the first installation main body 1 to the first installation main body 101 (any other installation main body opposed downstream). The transition from the wall member 3 or 4 to the wall member 102 which is located downstream is performed in such a way that the intersection of the two intersecting rectangles, It will be made only of cotton. The entire polymer melt for the downstream installation body will pass through these limits, which will generate a local pressure peak within the tool. In addition, when the polymer melt is to remain for a long period of time, a region of the wall member that will be in close proximity to the tubular mixer housing will be generated, which will cause a change in the polymer melt and in some circumstances will result in degradation of physical properties and homogeneity. Especially when a melt containing a blowing agent is used to generate the foam structure, such voids will not be beneficial to the injection molding process.
Similar to the method shown in FIG. 4, a connecting member, which has been omitted for simplicity of FIGS. 1 and 2, may also be provided in the embodiment according to FIG. 1 or FIG. The transition member 27 of Fig. 3 similarly fulfills the function of the connecting member.
The adjacent mounting bodies 1, 101 are rotated at an angle of 180 degrees about the longitudinal axis 10 according to Fig. The installation bodies according to any one of the embodiments described above can be combined with each other if necessary. In particular, additional connecting members may be provided to couple the mounting bodies of the various embodiments together to form a mixing structure to enhance the mixing effect.
The static mixer according to any of the above embodiments is made of plastic that allows a relatively complex shape to be realized in an injection molding process. The entire installation body 1, 101, 201 and 301 has a longitudinal dimension 24 and each of the sectional areas 23 and 123 has a wall thickness 7 for a static mixer, I have. The ratio of the longitudinal dimension 24 to the wall thickness 7 reaches at least 40, preferably at least 50, particularly preferably at least 75. [ For a preferred use of a static mixer with a small fluid volume, the wall thickness 7 is less than 3 mm, preferably less than 2 mm, particularly preferably less than 1.5 mm. The entire installation body 1, 101 has a longitudinal dimension 24 between 5 mm and 500 mm, between 5 mm and 300 mm, particularly preferably between 50 mm and 100 mm.
According to the experimental results, the static mixer according to the fourth embodiment could be manufactured with a longitudinal dimension of 60 mm in the foam structure and an average wall thickness of 0.42 mm. Thus, the ratio of flow path to wall thickness is 143: 1. Such a mixer consists of twelve installation bodies.
In addition, the static mixer according to the third embodiment could be manufactured with a longitudinal dimension of 100 mm in the foam structure and an average wall thickness of 0.42 mm. Thus, the ratio of the flow path to wall thickness is 238: 1. This mixer consists of 24 installation bodies.
